複合材料は、新しい飛行スピードボートを可能にします

輸送の世界的な電化は不均一な進化であり、同時に技術開発を支配し、自動車や無人航空機から鉄道輸送や船舶に至るまですべてに影響を与える無数の力によって可能になり、妨げられています。これらの実現/阻害力には、成熟が早いが重いバッテリー、適応が遅い場合がある政府の監視、重力と摩擦の原則、厳格な乗客の安全要件、不安な保険会社、軽量材料の不均一な開発が含まれます。

それでも、材料、処理、ハードウェア、ソフトウェアの革新により、ほんの数年前には考えられなかった製品が可能になり、 Seven よりも良い例はないかもしれません。 、Sicomin Epoxy Systems（フランス、シャトーヌフレマルティーグ）が提供する樹脂マトリックスソリューションを使用して、Candela Boats（スウェーデン、リディンゲ）が製造する、新しい全電気、高距離、全複合フォイルスピードボート。

ここにたどり着いた方法

Candela Boatsは、教育によるエンジニアでありながら、以前はコンサルタントとして、また消費者向け化学品市場で働いていたCEOのGustavHasselskogによって2014年に設立されました。ハッセルスコグは彼自身の承認により、企業の仕事の世界に「退屈していた」ので、もっと意味のある仕事を見つけたいと決心しました。彼は2014年に会社の仕事を辞め、その夏の間、家族と一緒にスウェーデンのストックホルム周辺の群島の1つにある家に引っ越しました。

「私たちはV型8気筒エンジンを搭載した25フィートのボートを持っていました」とハッセルスコグは回想します。 「ボートにたくさんのお金を費やしているのは少し奇妙に感じました」と彼は言います。 Hasselskogは、レクリエーションボートをより効率的にするために何が必要か疑問に思い、数学を始めました。 「私が発見したのは、ボートをより効率的にし、電気を使うためのトピックが取り上げられていないということです。」

Hasselskogは、レクリエーション用の海洋市場の調査をさらに開始しました。彼はバッテリーと電気推進技術を研究し、滑走艇に少なくとも50海里の航続距離を与えるために何が必要かを決定しました。これは彼が合理的だと考えた目標です。これまで、滑走船における全電気推進力の適用は、主にボートが克服しなければならない水面摩擦のために、動力の不足および航続距離の不足に悩まされてきた。さらに、滑走艇の航続距離または出力を増やすには、バッテリーを追加する必要があります。これにより、重量が増加し、ひいては抗力も増加します。要するに、ハッセルスコグは、滑走艇をより効率的にすることは不可能であることを発見しました。 「滑走船は行き止まりです。これ以上効率的にすることはできません」と彼は言います。 「ホイルが唯一の方法です。」そこで、ハッセルスコグは群島で家族の夏の別荘を売却し、2014年にカンデラボートが誕生しました。

複雑な熱力学が関係しているため、フォイリングは本質的に不安定です。 Candela Boatsは、フォイルを操作し、スムーズで安全な乗り心地を確保するためのセンサーとコントロールの洗練されたシステムを開発しました。ソース|カンデラボート

ホイルは気弱な人向けではありません

フォイルの主な課題は、ボートが通過して 移動する固有の不安定性にあります。 水ですが、水面にはありません。フォイル（より正確には水中翼船）は、ボートの船体の底に取り付けられた翼のような構造です。ホイルは進行方向に垂直に水を通過し、航空機の飛行と同じ原理を使用して、特定の速度でボートを水から完全に持ち上げるのに十分な揚力を提供します。したがって、船体の摩擦がなくなり、フォイルの抗力と空気が唯一の抵抗器として残ります。

フォイルはさまざまな形状をとることができますが、すべての場合において、水辺を最初に通過する平らな平面を提供する必要があります。また、航空機の翼のように、水中でのフォイルの迎え角を調整して、揚力を増減できます。フォイルはさまざまな水深に配置することもできますが、水深は効率に影響を与えます。たとえば、比較的浅い表面貫通フォイルはより安定していますが、効率は低くなります。より深いフォイルはより効率的ですが、安定性は低くなります。

いずれにせよ、水上を「飛ぶ」ことは、水面で滑走するボートが直面する環境とは非常に異なる流体力学的環境を示します。水から出てフォイルに乗る場合、ボートの動作は大きく異なります。重量配分、方向転換、風の抵抗、乱流の水を注意深く管理する必要があります。

フォイル技術は100年以上前のものですが、これまで主に大型レーシングヨットや一部の旅客フェリーで使用されてきました。フォイリングレーシングヨットは通常、ダイナミックで動きの速いフォイル構造を管理するための十分な訓練を受けた大規模な乗組員が配置されています。フォイリングフェリーは、前述のように、より安定した表面貫通フォイルに依存しています。

ハッセルスコグはスピードボートをできるだけ効率的にすることに決めたので、深いホイルを選びました 。課題は、誰がハンドルを握っていても、深海のボートを簡単、シームレス、安全に操作できるようにすることです。そのためには、前例のないフォイル制御システムと、軽量であるだけでなく、特別に設計されたボート構造の開発が必要になります。 フォイル用。

完璧な箔を作る

セブン 長さ7.7メートル、幅2.4メートル、重さ1,300キログラム、6人の収容能力があります。 2枚のフォイルを使用しており、そのうち最大のものはボートの正面から約2メートルのところに配置されています。一次フォイルの設計は比較的単純です。2本の支柱が船体を通過して水中に入り、長さ2.35メートル、幅200ミリメートル、厚さ25ミリメートルのフォイルに直角に取り付けられます。フォイル（逆∏フォイルとも呼ばれます）は、進行方向に対して垂直に配向されています。ホイルストラットはモーターで作動し、ホイルを上下に動かして上下させます。ボートがホイルしていないときは、ホイルはボートの船体と同じ高さに完全に引っ込められます。ホイルの速度では、ホイルは最大550ミリメートルの深さまで水中に展開されます。

セブンのとき フォイルモードではありません。フォイルに接続して作動させて船体と同じ高さにする2つのオレンジ色の支柱。白とオレンジのホイルは、船体のすぐ下と水位のすぐ上に表示されます。ソース|カンデラボート

ボートの後部には、ラダーとしても機能する2番目の小さいTフォイルがあります。これは、ラダーの端でプロペラを回転させるラダーのドライブシャフトを作動させる55キロワットの電気モーターに取り付けられています。モーターは、船体の非常に前方のセクションにある充電式バッテリーで駆動され、ボートがホイルしているときにバランスを取ります。 セブン 14〜15ノットでホイルを開始し、22ノットで巡航し、最高速度は30ノット、航続距離は50海里です。

CandelaBoatsの製品マネージャーであるTeodorHällestrandは、フォイルストラットとフォイルは炭素繊維/エポキシ複合材料であり、設計エンジニアリングに重大な課題をもたらしたと述べています。スムーズな乗り心地に必要なコントロールを提供するために、カンデラは変化するボートの状態に合わせてフォイルを調整できる必要がありました。これには、応答性の高いフォイルと組み合わせた非常に動的なセンサー/制御システムが必要です。 「ホイルはまっすぐですが、速度、ロール角、ピッチ角、ヨー角に応じて、水中でねじることができるようにしたかったのです」とHällestrand氏は言います。 「ボートがどのように配置されているかを理解してから、乗り心地をできるだけスムーズにするために向きを調整することができます。」これは、制御システムによって実現されます。制御システムは、支柱を動的に調整して、フォイルの迎え角を変更するか、フォイルをねじって、特に回転させます。

Hasselskog氏は、「フロントフォイルをねじったり、別の迎え角を提供したりできる必要があります」と述べています。これらの動作はすべて負荷がかかった状態で発生するため、「ねじり剛性は低いが曲げ剛性は高い材料が必要です」と彼は言います。その結果、一方向（UD）カーボンファイバーテープ（主に±45度）を使用して必要な剛性と曲げ機能を提供する「かなり手の込んだレイアッププラン」が実現します。このフォイルは、さまざまなサプライヤーの標準弾性炭素繊維を使用し、Sicomin EpoxySystemsから供給されたSR1710エポキシ樹脂を注入しています。ホイルは室温で硬化され、その後40°Cで後硬化されます。

平均的な船体ではありません

セブンはどこにもありません 設計とエンジニアリングの両方で、船体よりも明白な滑走艇の設計基準からの逸脱。最も目立つのは、船の前部に標準的なV字型の砕波船体がありますが、船体は前部フォイルから後部まで平らであるという事実です。 Hasselskogは、これについていくつかの理由を指摘しています。

セブンのインテリア の船体は、炭素繊維/エポキシ複合ラミネートから切り出され、接着剤と機械的ファスナーで所定の位置に接着されたストリンガーとリブを示しています。このアーキテクチャにより、Candela Boatsは船体をすばやく組み立てることができ、設計変更に適応する柔軟性を提供します。ソース|カンデラボート

まず、「波を突き刺すのに必要なのはV字型だけです」と彼は言います。また、ボートがフォイルしていないときにフォイルを保護します。第二に、船体の半分を平らにすることで製造が簡素化され、大幅な軽量化が実現します。第三に、彼は、平らな底は、乗船/下船のためにドックでボートを信じられないほど安定させると言います。 「それははしけのようなものです」と彼は言います。

ただし、船体の内部は、カンデラがセブンを作るために取り組んだ場所です。 構造的に健全であるだけでなく、効率的で比較的高速な製造に適応できます。 Hällestrand氏によると、船体の設計は航空機の胴体、つまりストリンガーとリブの格子を囲む外板に匹敵するとのことです。ホイルのように、船体は同じUDカーボンファイバーとSR1710エポキシを使用して注入され、SR1710で作られた複合工具で製造されています。喫水線下の船体の厚さは3ミリメートルです。喫水線上の船体の厚さは2ミリメートルです。

Sicominの輸出マネージャーであるMarcDenjeanは、SR1710は「平均をはるかに超える機械的特性」を提供する高性能エポキシシステムであると述べています。 Sicominは、インモールドエポキシハイビルドプライマーも提供します。これは、船体がデモールドされて塗装の準備ができていることを意味します。

ストリンガーとリブを構築するために、Candelaは、厚さ3 mmのソリッドラミネートカーボンファイバー/エポキシ注入パネルから始め、次に、ラミネートが配置されている船体の場所に応じて、それらをCNC加工して成形します。船体構造（ストリンガーとリブ）を構築するために、これらのカットされた形状が組み立てられ、接着剤による接着と機械的留め具で船体が互いに取り付けられます。

Seven のバッテリーパック は船体の前方セクションにあり、ボートがフォイルモードのときに必要なバランスを提供します。

ソース|カンデラボート

Hasselskog氏によると、このラミネートのカットアンドアセンブル設計/製造プロセスは非常に効率的であり、CandelaBoatsがわずか40時間で船体構造を構築できるようになっています。また、金型の変更にかかる費用と時間をかけずに、内部構造を簡単に調整して設計変更を行うことができます。 「加工コードを変更するだけで、スケールアップ、変更、新しい構造の構築が簡単にできます」と彼は言います。

収益

Hasselskogの当初のビジョンに沿って、 Seven の効率 打ち負かすのは難しい—同等のガス動力の滑走艇よりも4〜5倍エネルギー効率が高く、化学エネルギーの90％を機械エネルギーに変換します。さらに、 Seven の所有コスト 、カンデラによると、ガス動力の滑走船よりも95％少ないです。

同社は Seven の注文を190件持っています。 ハッセルスコグ氏によると、現在、カンデラはボートの設計者および組み立て業者のみです。複合構造の製造はサードパーティによって行われていますが、ハッセルスコグ氏は、カンデラは製造プロセスを最適化し、最終的には企業の二酸化炭素排出量を削減しようとしているため、その作業を社内に持ち込む可能性があると述べています。 「コストを削減する必要があります。つまり、より効率的に製造することができます」とHasselskog氏は言います。 「私たちはまだそこにいませんが、正しい方向に向かっています。」